마찰은 일상 생활의 일부입니다. 이상화 된 물리 문제에서는 공기 저항 및 마찰력과 같은 것을 무시하는 경우가 많지만 정확하게 표면을 가로 지르는 물체의 움직임을 계산하려면 물체와 물체 사이의 접촉 지점에서의 상호 작용을 고려해야합니다. 표면.
이것은 일반적으로 특정 상황에 따라 슬라이딩 마찰, 정적 마찰 또는 구름 마찰로 작업하는 것을 의미합니다. 공이나 바퀴와 같은 구르는 물체는 분명히해야하는 물체보다 마찰력이 적습니다. 미끄러지더라도 자동차 타이어와 같은 물체의 움직임을 설명하기 위해 구름 저항을 계산하는 방법을 배워야합니다. 아스팔트.
롤링 마찰의 정의
롤링 마찰은 운동 마찰의 한 유형으로,구름 저항이는 롤링 모션 (슬라이딩 모션과 반대 – 다른 유형의 운동 마찰)에 적용되며 다른 형태의 마찰력과 본질적으로 동일한 방식으로 롤링 모션에 반대합니다.
일반적으로 롤링은 슬라이딩만큼 많은 저항을 포함하지 않으므로구름 마찰 계수표면의 마찰 계수는 일반적으로 동일한 표면의 슬라이딩 또는 정적 상황에 대한 마찰 계수보다 작습니다.
롤링 (또는 순수 롤링, 즉 미끄러짐이없는) 과정은 슬라이딩과 매우 다릅니다. 롤링은 물체의 각 새로운 점이 접촉 할 때마다 추가적인 마찰을 포함하기 때문입니다. 표면. 그 결과 주어진 순간에 새로운 접점이 생기고 상황은 순간적으로 정적 마찰과 유사합니다.
구름 마찰에 영향을 미치는 표면 거칠기 외에도 많은 다른 요소가 있습니다. 예를 들어 롤링 모션의 오브젝트와 표면이 접촉 할 때 변형되는 양은 힘의 강도에 영향을줍니다. 예를 들어 자동차 또는 트럭 타이어는 더 낮은 압력으로 부 풀릴 때 더 많은 회전 저항을 경험합니다. 타이어를 누르는 직접적인 힘뿐만 아니라 에너지 손실의 일부는 열로 인해 발생합니다.히스테리시스 손실.
구름 마찰 방정식
구름 마찰 방정식은 기본적으로 미끄럼 마찰 방정식과 정적 방정식과 동일합니다. 다른 유형의 유사한 계수 대신 구름 마찰 계수를 제외하고 마찰 마찰.
사용에프k, r 구름 마찰력 (즉, 운동, 구름),에프엔 수직력과μk, r 구름 마찰 계수에 대한 방정식은 다음과 같습니다.
F_ {k, r} = μ_ {k, r} F_n
구름 마찰은 힘이므로에프k, r 뉴턴입니다. 롤링 바디와 관련된 문제를 해결할 때 특정 재질에 대한 롤링 마찰의 특정 계수를 찾아야합니다. Engineering Toolbox는 일반적으로 환상적입니다. 자원 이러한 유형의 경우 (참고 자료 참조).
항상 그렇듯이 수직력 (에프엔)은 동일한 크기의 가중치를 갖습니다 (즉,mg, 어디미디엄질량이고지= 9.81m / s2) 수평 표면에있는 물체 (해당 방향으로 다른 힘이 작용하지 않는다고 가정)하고 접촉 지점에서 표면에 수직입니다.표면이 기울어 진 경우비스듬히θ, 수직력의 크기는 다음과 같습니다.mgcos (θ).
운동 마찰을 사용한 계산
대부분의 경우 구름 마찰을 계산하는 것은 매우 간단한 과정입니다. 질량이 많은 자동차를 상상해보십시오.미디엄= 1,500kg, 아스팔트 주행 및μk, r = 0.02. 이 경우 구름 저항은 얼마입니까?
공식을 사용하여에프엔 = mg(수평면) :
\ begin {정렬} F_ {k, r} & = μ_ {k, r} F_n \\ & = μ_ {k, r} mg \\ & = 0.02 × 1500 \; \ text {kg} × 9.81 \; \ 텍스트 {m / s} ^ 2 \\ & = 294 \; \ text {N} \ end {aligned}
이 경우 구름 마찰로 인한 힘이 상당 해 보이지만 자동차의 질량과 Newton의 2 번째 법칙을 사용하면 0.196m / s의 감속에 불과합니다.2. 나는
같은 차가 10 도의 경사를 가진 도로를 운전하고 있었다면에프엔 = mgcos (θ), 결과는 다음과 같이 변경됩니다.
\ begin {정렬} F_ {k, r} & = μ_ {k, r} F_n \\ & = μ_ {k, r} mg \ cos (\ theta) \\ & = 0.02 × 1500 \; \ text {kg } × 9.81 \; \ text {m / s} ^ 2 × \ cos (10 °) \\ & = 289.5 \; \ text {N} \ end {aligned}
경사로 인해 수직력이 감소하기 때문에 마찰력도 동일한 요인으로 감소합니다.
다음과 같이 재정렬 된 공식을 사용하여 구름 마찰의 힘과 수직 힘의 크기를 알고있는 경우 구름 마찰 계수를 계산할 수도 있습니다.
μ_ {k, r} = \ frac {F_ {k, r}} {F_n}
수평 콘크리트 표면에서 구르는 자전거 타이어를 상상해보십시오.에프엔 = 762 N 및에프k, r = 1.52 N, 구름 마찰 계수는 다음과 같습니다.
\ begin {정렬} μ_ {k, r} & = \ frac {F_ {k, r}} {F_n} \\ & = \ frac {1.52 \; \ text {N}} {762 \; \ text {N }} \\ & = 0.002 \ end {정렬}